《2026年新高考5年真题生物河北专版》

7. [2024·甘肃卷，17T，11分]类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下（400μmol·m⁻²·s⁻¹），纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光（1μmol·m⁻²·s⁻¹）下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。请回答下列问题：

(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是无水乙醇，加入少许碳酸钙可以防止研磨过程中色素被破坏。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是正常光的形成需要光照,正常光更有利于叶绿素的形成。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为叶绿素消失,纯合突变体叶片中的叶绿体发育异常、类囊体消失,叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素的相对含量极低(几乎为零)。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷，X最可能是脱落酸。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，请完成下面的实验设计：
①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在弱光及其他条件相同且适宜条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。
②测量指标：每组取3~5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的气孔开度。
③预期结果：B组气孔开度小于A组;C、D组气孔开度基本相同,且大于A、B组。

答案：
(1)无水乙醇 防止研磨过程中色素被破坏
(2)正常光的形成需要光照,正常光更有利于叶绿素的形成
(3)叶绿素消失,纯合突变体叶片中的叶绿体发育异常、类囊体消失,叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求
(4)与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素的相对含量极低(几乎为零)
(5)脱落酸 ①弱光及其他条件相同且适宜 ②气孔开度 ③B组气孔开度小于A组;C、D组气孔开度基本相同,且大于A、B组
命题意图 本题主要考查绿叶中色素的提取和分离实验、影响光合作用的因素和植物激素的相关知识,意在考查考生获取信息的能力、实验与探究能力和综合运用能力。
解题思路
(1)叶片中的叶绿素和类胡萝卜素能够溶解在有机溶剂中,所以常使用无水乙醇进行提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨过程中色素被破坏。
(2)叶绿素的形成需要光照,与弱光相比,正常光更有利于叶绿素的形成,所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。
(3)在正常光照下($400\ \mu mol· m^{-2}· s^{-1}$),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失,叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,分别为0.3和0.1,说明纯合突变体的光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求,使得植株难以生长,因此正常光照下类胡萝卜素含量极低。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关,本研究中支持此结论的证据有:①纯合体种子为白色;②与野生型相比,纯合突变体叶片中的类胡萝卜素相对含量极低(为0.1)。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,导致白色种子未完全成熟即可在母体上萌发,而脱落酸具有抑制种子萌发的作用,据此可推知,X最可能是脱落酸。若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设,并结合题意“在正常光照下,纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失”可知,该实验的自变量是植株的种类和培养条件,脱落酸具有促进气孔关闭的作用,故因变量是气孔开度,而在实验过程中对植株的生长有影响的无关变量应控制相同且适宜。据此,依据实验设计遵循的对照原则和单一变量原则,实验设计如下:①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在弱光及其他条件适宜且相同的条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。②测量指标是每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的气孔开度,取其平均值。③由于干旱处理能够提高野生型中激素X(脱落酸)的含量,但不影响纯合突变体中X(脱落酸)的含量,所以预期的结果如下:B组气孔开度小于A组;C、D组气孔开度基本相同,且大于A、B组。
知识拓展
在植物类胡萝卜素的合成途径中,有两类不同的类胡萝卜素生成,$\alpha$-胡萝卜素在相关酶的作用下连续羟化生成叶黄素,$\beta$-胡萝卜素则经过2个氢化反应形成玉米黄素,后者经过玉米黄素环氧酶(ZEP)催化形成堇菜黄素(紫黄质),再在新黄素合成酶(NXS)的作用下生成新黄质,紫黄质和新黄质都是脱落酸(ABA)形成的重要前体物质。